用于抛光硅晶片的化学机械抛光组合物及相关方法
【专利摘要】提供一种用于抛光硅晶片的化学机械抛光组合物，其含有：水；任选的磨料；如通式(I)所示的阳离子；如通式(II)所示的哌嗪或哌嗪衍生物；季铵化合物；所述化学机械抛光组合物的pH为9-12。还提供制备和使用化学机械抛光组合物的方法。
【专利说明】用于抛光枯晶片的化学机械抛光组合物及相关方法
[0001] 本发明一般涉及化学机械抛光领域。具体地，本发明涉及一种化学机械抛光组合 物W及对娃晶片进行化学机械抛光的方法。
[0002] 用于半导体工业的娃晶片，通常需要非常高度的表面光洁度（surface pe计ection)，才可被用于器件制造。该娃晶片的表面通过用抛光浆料化学机械抛光晶片表 面来制备。抛光浆料通常由含有亚微米级磨粒浓度的组合物组成。用抛光浆料浸浴或淋洗 娃晶片，同时联合使用按压在娃晶片表面上并旋转的抛光垫，从而将抛光浆料中的磨粒在 负荷下按压在娃晶片的表面上。抛光垫的横向移动导致抛光浆料中的磨粒移动跨过娃晶片 表面，从而使娃晶片表面的材料磨损或体积去除。理想情况下，该样的工艺选择性去除凸出 的表面形态，从而当该工艺完成后，得到直至最细小的细节都完美的平坦表面。
[0003] 通常在工业中应用的该娃抛光工艺包括两个或多个步骤。在第一抛光步骤（即粗 抛光步骤）中，去除了晶片银切和成形操作中留下的明显缺陷。第一抛光步骤后，该晶片表 面呈现出平滑和镜面的表面，但仍然含有大量小缺陷。通过随后的最终抛光步骤去除该些 小缺陷，该步骤从表面上去除了少量材料，但抛光去除了表面缺陷。本发明涉及对于第一抛 光步骤至最终抛光步骤特别有用的技术方案。
[0004] 抛光后娃晶片表面残留的任何表面缺陷的数量和允许尺寸在持续降低。娃晶片的 一些最关键的材料特性是；表面金属含量、前表面微粗趟度和每单元面积的总颗粒数。
[0005] -种用于最终抛光娃晶片的抛光组合物在Loncki等的美国专利第5, 860, 848号 中公开。Loncki等公开了一种抛光组合物，其包含：水、在所述组合物中0. 02-0. 5重量％ 的亚微米级二氧化娃颗粒、浓度为100-1，〇(K)ppm的盐、浓度足W实现抑为8-11的组合物 的胺化合物、和浓度为20-500ppm的聚电解质分散剂，其中所述组合物中轴和钟的总含量 低于约Ippm，铁、媒、和铜的含量分别低于约0. Ippm，所有ppm是所述组合物重量的百万分 之份数。
[0006] 然而，仍然需要用于最终抛光娃晶片的新的化学机械抛光组合物。具体的，需要新 的用于原娃晶片（stock silicon wafer)抛光（即第一步骤）至娃晶片最终抛光步骤的化 学机械抛光组合物，该新的化学机械抛光组合物具有> 300纳米/分钟的娃去除速率。
[0007] 本发明提供一种用于抛光娃晶片的化学机械抛光组合物，其包含；水；任选的磨 料；如通式（I)所示的阳离子：
[0008]
【权利要求】
1. 一种用于抛光硅晶片的化学机械抛光组合物，其含有： 水； 任选的磨料； 如通式（I)所示的阳离子：
其中R1、R2、R3、R4独立地选自下组：氢和CV ltl烷基、Cpltl芳基、C1M芳基烷基和Cpltl烷 基芳基；以及 如通式（II)所示的哌嗪或哌嗪衍生物
其中R5选自下组：氢、Cpltl烷基、Cpltl芳基、CVltl芳基烷基和C 1M烷基芳基；以及 选自下组的季铵化合物：氢氧化四甲基铵、氢氧化四乙基铵、氢氧化四丙基铵、氢氧化 四异丙基铵、氢氧化四环丙基铵、氢氧化四丁基铵、氢氧化四异丁基铵、氢氧化四叔丁基铵、 氢氧化四仲丁基铵、氢氧化四环丁基铵、氢氧化四戊基铵、氢氧化四环戊基铵、氢氧化四己 基铵、氢氧化四环己基铵、以及它们的混合物； 其中所述化学机械抛光组合物的pH为9-12 ;所述化学机械抛光组合物的硅去除速率 至少为300纳米/分钟。
2. 如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述化学机械抛光组合物 含有〈Ippm的聚合物。
3. 如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，其还含有至少一种碳酸根 离子和磷酸根离子。
4. 如权利要求3所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，其还含有： 齒尚子。
5. -种制备如权利要求1所述的化学机械抛光组合物的方法，所述方法包括： 提供水； 任选地,提供磨料； 提供如通式（I)所示的阳离子源：
其中R1、R2、R3、R4独立地选自下组：氢和CV ltl烷基、Cpltl芳基、Cpici芳基烷基和Cpltl烷 基芳基；以及 提供如通式（II)所示的哌嗪或哌嗪衍生物源
其中R5选自下组：氢、Cg烷基、Cg芳基、CVltl芳基烷基和C1M烷基芳基； 提供选自下组的季铵化合物：氢氧化四甲基铵、氢氧化四乙基铵、氢氧化四丙基铵、氢 氧化四异丙基铵、氢氧化四环丙基铵、氢氧化四丁基铵、氢氧化四异丁基铵、氢氧化四叔丁 基铵、氢氧化四仲丁基铵、氢氧化四环丁基铵、氢氧化四戊基铵、氢氧化四环戊基铵、氢氧化 四己基铵、氢氧化四环己基铵、以及它们的混合物； 将水、任选提供的磨料、如通式（I)所示的阳离子源、如通式（II)所示的哌嗪或哌嗪衍 生物源混合，形成组合；以及 在该组合中加入季铵化合物以形成化学机械抛光组合物； 其中所述化学机械抛光组合物的pH为9-12 ;所述化学机械抛光组合物的硅去除速率 至少为300纳米/分钟。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述如通式（I)所示的阳离子源选自碳酸胍 和磷酸胍。
7. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述如通式（II)所示的哌嗪或哌嗪衍生物 源是哌嗪二盐酸盐水合物。
8. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述如通式（II)所示的哌嗪或哌嗪衍生物 源是哌嗪二盐酸盐水合物。
9. 一种抛光娃晶片的方法，该方法包括： 提供娃晶片； 提供如权利要求1所述的化学机械抛光组合物； 提供化学机械抛光垫； 提供抛光设备； 在抛光设备中装载娃晶片和化学机械抛光垫； 以> 0. 5kPa的向下作用力在化学机械抛光垫和硅晶片之间的界面处形成动态接触； 以及 在所述化学机械抛光垫和硅晶片之间的界面处或界面附近，将所述化学机械抛光组合 物分散在所述化学机械抛光垫上。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，在以下操作条件下，所述化学机械抛光组 合物达到的稳定的硅去除速率至少为675纳米/分钟：台板转速115转/分钟，支架转速 100转/分钟，化学机械抛光组合物的流速为200毫升/分钟，在具有500毫米台板的抛光设 备上施加29. 4kPa的向下作用力，所述化学机械抛光垫包括聚氨酯浸渍的无纺聚酯毡垫。
【文档编号】C09G1/02GK104513625SQ201410504732
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】板井康行, N·K·奔达, 河井奈绪子, 中野裕之, 羽场真一, 太田庆治, 松下隆幸, 寺本匡志, 中岛咲子, 户田智之, 吉田光一, L·M·库克 申请人:罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司, 霓塔哈斯株式会社